JP2004051473A

JP2004051473A - フラットパネルディスプレイ装置用ガラス基板

Info

Publication number: JP2004051473A
Application number: JP2003083325A
Authority: JP
Inventors: Ken Choju; 長寿　研; Hiroki Yamazaki; 山崎　博樹
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2002-05-29
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2004-02-19

Abstract

【目的】特にプラズマディスプレイ装置の前面ガラス基板として用いた時、青色光の透過率が高くなり、画像表示の輝度の向上を図ることが可能なフラットパネルディスプレイ装置用ガラス基板を提供する。
【構成】フロート法で成形され、歪点が５７０℃以上のフラットパネルディスプレイ装置用ガラス基板であって、空気中で６５０℃、５時間の条件で加熱した時、肉厚２．８ｍｍでの波長４００ｎｍにおける透過率が８６％以上である。
【選択図】　　　　なし

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、各種フラットパネルディスプレイ装置に用いられるガラス基板に関し、特にプラズマディスプレイ装置の前面ガラス基板として好適なガラス基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般にプラズマディスプレイ装置を製造する場合、まず前面ガラス基板と背面ガラス基板を準備し、これらのガラス基板上に金属ペーストや絶縁ペーストを塗布・焼成することによって、金属膜、ＩＴＯ膜、ネサ膜等からなる透明電極、誘電体層、隔壁、蛍光体等を形成する。次いで前面ガラス基板と背面ガラス基板を約１００μｍの間隔を保つように対向させてから、その周囲に低融点ガラスフリットを塗布・焼成することによってシールし、さらに内部に希ガスを封入し、気密封止する方法が採られる。尚、上記の金属ペースト、絶縁ペースト及び低融点ガラスフリットの焼成は、６００℃近い温度で行われる。
【０００３】
従来より、この種のガラス基板としては、建築窓や自動車窓として広く用いられているソーダ石灰ガラス（熱膨張係数：約８４×１０^−７／℃）が使用されてきた。
【０００４】
ところが、ソーダ石灰ガラスは、歪点が約５００℃と低いため、６００℃付近の高温で何度も熱処理すると、熱変形や熱収縮により、その寸法が著しく変化するため、前面ガラス基板と背面ガラス基板を対向させる際、電極の位置合わせを精度良く行うことが困難となる。この問題は、特に大型高精細のプラズマディスプレイ装置を作製する際に顕著である。
【０００５】
またソーダ石灰ガラスは、１５０℃での体積電気抵抗率（ｌｏｇρ）が８．４Ω・ｃｍと低く、ガラス中のアルカリ成分の移動度が大きいため、このアルカリ成分がＩＴＯ膜やネサ膜等の薄膜電極と反応し、電極材料の電気抵抗値を変化させるという問題も有している。
【０００６】
これらの事情から、ガラス基板の熱変形や熱収縮が少なく、高い体積電気抵抗率を有する高歪点ガラス基板が、プラズマディスプレイ装置のガラス基板として提案されている（例えば特許文献１、２参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平３−４０９３３号公報
【特許文献２】
特開平８−２９０９３８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
プラズマディスプレイ装置は、特許文献１、２に記載されているようなガラス基板を前面基板及び背面基板として使用するものであり、その発光原理は、次の通りである。プラズマディスプレイ装置を起動させると、電極間に放電が起こり、希ガスから紫外線が放出され、この紫外線が背面ガラス基板上に形成された蛍光体に当たることにより、赤色、緑色、青色が発光する。
【０００９】
このような原理で発光するプラズマディスプレイ装置は、ブラウン管では達成することのできない大画面化、薄型化が可能であり、画像表示のちらつきも少ないという長所がある。
【００１０】
しかしながらプラズマディスプレイ装置は、自己発光型表示装置であるため、バックライトと呼ばれる発光体を備えた液晶ディスプレイ装置に比べて、画像表示の輝度が低く、画面が暗いという短所がある。
【００１１】
そのため従来から、プラズマディスプレイ装置に使用する蛍光体の発光効率を高める開発が行われているが、赤色光や緑色光を発光する蛍光体に比べて、青色光（波長３５０〜５００ｎｍ）を発光する蛍光体の発光効率が特に低く、画像表示の輝度を向上させることが困難となっている。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、特にプラズマディスプレイ装置の前面ガラス基板として用いた時、青色光の透過率が高くなり、画像表示の輝度の向上を図ることが可能なフラットパネルディスプレイ装置用ガラス基板を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、プラズマディスプレイ装置に用いられるガラス基板について考察を繰り返した結果、この種のガラス基板は、６００℃近くの温度で約３０分間保持する加熱処理が１０回以上、つまりトータル５時間以上に亘って施されるが、この加熱処理工程においてガラス基板の青色光の透過率が低下することを見いだし、本発明を提案するに至った。
【００１４】
すなわち本発明のフラットパネルディスプレイ装置用ガラス基板は、フロート法で成形され、歪点が５７０℃以上のフラットパネルディスプレイ装置用ガラス基板であって、空気中で６５０℃、５時間の条件で加熱した時、肉厚２．８ｍｍでの波長４００ｎｍにおける透過率が８６％以上であることを特徴とする。
【００１５】
また本発明のフラットパネルディスプレイ装置用ガラス基板は、質量％で、ＳｉＯ_２　５５〜７４％、Ａｌ_２Ｏ_３　０〜１４％、ＭｇＯ　０〜１５％、ＣａＯ　０〜１０％、ＳｒＯ　０〜１８％、ＢａＯ　０〜１０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ　７〜２８％、Ｎａ_２Ｏ　０〜８％、Ｋ_２Ｏ　２〜１８％、Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ　６〜２０％、ＺｒＯ_２　０〜７％であり、これらの成分の合計が９０％以上の組成を有することを特徴とする。
【００１６】
さらに本発明のフラットパネルディスプレイ装置用ガラス基板は、溶融錫と接触していない上表面（トップ面）の表面変質層（酸素が少ない層）が除去されてなることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明のフラットパネルディスプレイ装置用ガラス基板は、歪点が５７０℃以上のガラスからなるため、プラズマディスプレイパネルの製造工程で６００℃近い温度で加熱処理しても、熱変形や熱収縮が小さく、問題となるような寸法変化が発生し難い。より耐熱性を向上させるためには、歪点を５８０℃以上、より好ましくは、６００℃以上とすることが望ましい。
【００１８】
また一般に、プラズマディスプレイ装置に用いられるガラス基板は、フロート法で成形されるが、本発明者等の知見によると、この種のガラス基板は、肉厚が約２．８ｍｍであり、成形直後の波長４００ｎｍにおける透過率は８８〜９０％程度であるが、このガラス基板に６００℃付近の温度でトータル５時間の加熱処理を施すと、その表面が着色する。この着色は、特に一方の面（片面）で強く起こり、上記波長における透過率は２〜１０％程度低下する。その結果、プラズマディスプレイ装置の青色光がますます弱くなる。このガラス基板の強い着色は、フロート成形時に溶融錫と接触していない上表面（トップ面）で発生する。その理由は、フロート設備である錫浴槽中に存在する水素とガラスが接触することによって、特にガラス基板のトップ面の酸素が減少し、深さ数μｍ〜数十μｍの範囲で表面変質層（酸素の少ない層）が形成され、この表面変質層（酸素の少ない層）が加熱によって着色するためであると推測される。
【００１９】
ところが本発明のフラットパネルディスプレイ装置用ガラス基板は、空気中で６５０℃、５時間の条件で加熱した後でも、肉厚２．８ｍｍでの波長４００ｎｍにおける透過率が８６％以上の特性を有するため、プラズマディスプレイ装置の製造工程で、ガラス基板が６００℃近くの温度で１０回以上の長時間（例えば５時間）に亘る加熱処理が施されても、青色光の透過率が低下することがない。その結果、プラズマディスプレイ装置の発光バランスが向上し、輝度を向上させることができる。尚、空気中で６５０℃、５時間の条件で加熱するとは、上記の透過率を求めるための条件を示すものであり、成膜工程やフリットシール工程における熱処理条件を限定している訳ではない。例えばプラズマディスプレイ装置を生産する際の加熱処理は、空気中や窒素中において４００〜６５０℃程度の温度で行えば良い。
【００２０】
本発明のような、空気中で６５０℃、５時間の条件で加熱した後でも、肉厚２．８ｍｍでの波長４００ｎｍにおける透過率が８６％以上の特性を有するガラス基板を得るためには、そのトップ面の表面変質層（酸素の少ない層）を１μｍ未満に抑えたり、ガラス基板を加熱処理する前に、そのトップ面の表面変質層（酸素の少ない層）を除去すれば良い。トップ面の表面変質層（酸素の少ない層）を１μｍ未満に抑えるためには、フロート成形において錫浴槽に注入する水素の量を少なくしたり、錫浴槽に入れる溶融ガラスの温度を低くすれば良い。また表面変質層（酸素の少ない層）を除去する方法としては、研磨処理や薬品によるエッチング処理が適当であり、その除去量は、ガラスの組成や成形条件によって表面変質層（酸素の少ない層）の厚みが変動するため、ガラス基板の表面変質層（酸素の少ない層）を確実に除去できるように適宜決定すれば良い。通常、高歪点ガラス基板の表面変質層（酸素の少ない層）の厚みは、１〜５０μｍ程度である。ガラス基板を加熱した後の波長４００ｎｍにおける透過率は高いほど好ましいが、ガラス材質、製造条件、表面層の除去条件等を厳密に規制することによって、この透過率を８７％以上、さらには８８％以上とすることも可能である。尚、ガラス基板の表面を非常に小さな厚み（例えば１μｍ未満）で研磨したり、エッチングすることによって除去し、しかも平滑面を得ることは、非常に困難であり、逆に５５μｍを超えるような厚みでガラス基板の表面を除去することは生産性が悪く、コスト高となるため好ましくない。またコスト高となるが、必要に応じてトップ面の反対面（ボトム面）を研磨又はエッチングしても差し支えない。
【００２１】
また本発明のガラス基板は、３０〜３８０℃における平均線熱膨張係数が、６５〜９０×１０^−７／℃のガラスからなると、プラズマディスプレイ装置の周辺部材である低融点ガラスフリットや誘電体材料等の熱膨張係数と整合し、プラズマディスプレイ装置を製造する際に変形等の不具合が発生し難いため好ましい。平均線熱膨張係数の好ましい範囲は、６５〜８８×１０^−７／℃である。
【００２２】
さらに本発明のガラス基板は、厚みが小さくなるほど、従来のプラズマディスプレイ装置用ガラス基板（厚み：２．８ｍｍ）に比べて、分光透過率が高く、これをプラズマディスプレイ装置の前面ガラス基板として使用すると、画像表示の輝度をさらに向上させることができるため好ましい。よってこの観点から、ガラス基板の好ましい厚みは２．５ｍｍ以下、より好ましくは２．３ｍｍ以下、さらに好ましくは１．８ｍｍ以下である。尚、本発明における、肉厚２．８ｍｍの波長４００ｎｍにおける透過率が８６％以上とは、ガラス基板を６５０℃、５時間の条件で加熱した後の波長４００ｎｍにおける透過率を、肉厚２．８ｍｍに換算した場合の透過率が８６％以上であることを意味している。つまりガラス基板の肉厚が２．８ｍｍより小さい場合には、透過率を換算して求める必要がある。
【００２３】
また一般にガラス基板を薄肉化すると、たわみ量が増大するが、本発明のガラス基板は、比ヤング率（ヤング率／密度）が２７．０ＧＰａ／（ｇ・ｃｍ^−３）以上のガラスからなると、ガラス基板のたわみが小さくなり、その厚みを小さくしても、プラズマディスプレイ装置の製造工程において、ガラス基板のたわみに起因する破損を抑えることが可能となるため好ましい。ただしガラス基板の厚みがあまり小さくなりすぎると、たわみが大きく、作業性が悪くなるため、この観点から、ガラス基板の好ましい厚みは１．０ｍｍ以上、好ましくは１．１ｍｍ以上、より好ましくは１．５ｍｍ以上である。また比ヤング率は、より好ましくは２７．５ＧＰａ／（ｇ・ｃｍ^−３）以上、さらに好ましくは２８．０ＧＰａ／（ｇ・ｃｍ^−３）以上である。
【００２４】
また本発明のガラス基板は、青色蛍光体の塗布面積を、赤色蛍光体及び緑色蛍光体の各塗布面積より広くすることによって、青色蛍光体の発光効率を改善し、発光バランスを向上させたプラズマディスプレイ装置の前面ガラス基板として使用すると、より高い輝度が得られるため好ましい。具体的には、青色蛍光体の塗布面積が、赤色蛍光体及び緑色蛍光体の各塗布面積の１．２倍以上、好ましくは１．５倍以上のプラズマディスプレイ装置に好適である。
【００２５】
また本発明のフラットパネルディスプレイ装置用ガラス基板は、質量％で、ＳｉＯ_２　５５〜７４％、Ａｌ_２Ｏ_３　０〜１４％、ＭｇＯ　０〜１５％、ＣａＯ　０〜１０％、ＳｒＯ　０〜１８％、ＢａＯ　０〜１０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ　７〜２８％、Ｎａ_２Ｏ　０〜８％、Ｋ_２Ｏ　２〜１８％、Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ　６〜２０％、ＺｒＯ_２　０〜７％であり、これらの成分の合計が９０％以上の組成を有することが好ましい。
【００２６】
このように各ガラス成分の割合を限定した理由は以下のとおりである。
【００２７】
ＳｉＯ_２は、ガラスのネットワークフォーマーであるが、５５％より少ないと、ガラスの歪点が低下し、熱変形や熱収縮が大きくなる。一方、７４％より多いと、ガラスの溶融性が低下する。ＳｉＯ_２の含有量は、好ましくは５５〜７０％、より好ましくは５５〜６９％である。
【００２８】
Ａｌ_２Ｏ_３は、ガラスの歪点を高める成分であるが、１４％より多いと、ガラスの高温粘度が高くなり、失透傾向が増大し、成形が困難となる。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は、好ましくは０〜１２％、より好ましくは０〜１１％である。
【００２９】
ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯは、いずれもガラスの高温粘度を低下させてガラスの成形性や溶融性を高めると共に、ガラスの歪点とヤング率を高める成分である。しかしながらＭｇＯが１５％より多くなったり、ＣａＯが１０％より多くなると、ガラスが失透したり、ガラスが割れやすくなる。またＳｒＯが１８％より多くなったり、ＢａＯが１０％より多くなると、ガラスが割れやすくなる。ＭｇＯの含有量は、好ましくは２〜１３％、より好ましくは２〜１２％である。ＣａＯの含有量は、好ましくは、０〜９％、より好ましくは０〜８％である。ＳｒＯの含有量は、好ましくは０〜１６％、より好ましくは０〜１５％である。ＢａＯの含有量は、好ましくは０〜９％である。
【００３０】
尚、ＳｒＯとＢａＯは、最もガラスの密度を高くする成分であるため、比ヤング率を２７．０ＧＰａ／（ｇ・ｃｍ^−３）以上にするには、これらの成分を極力抑えることが望ましい。またＢａＯは、環境負荷物質であるため、環境上もできるだけ含有しないことが望ましい。
【００３１】
またＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯの合量が７％より少ないと、ガラスの溶融性が低下し、２８％より多いと、ガラスの密度が高くなり、比ヤング率を２７．０ＧＰａ／（ｇ・ｃｍ^−３）以上にすることが困難となる。ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯの合量は、好ましくは８〜２３％である。
【００３２】
Ｎａ_２Ｏは、ガラスの線熱膨張係数を制御すると共に、溶融性を向上する成分であるが、８％より多いと、ガラスの歪点が低下する。Ｎａ_２Ｏの含有量は、好ましくは０〜６％、より好ましくは０〜５％である。
【００３３】
Ｋ_２Ｏも、Ｎａ_２Ｏと同様、ガラスの線熱膨張係数を制御すると共に、溶融性を向上する成分であるが、２％より少ないと、ガラスの溶融性が損なわれる。一方、１８％より多いと、ガラスの歪点が低下する。Ｋ_２Ｏの含有量は、好ましくは４〜１７％、より好ましくは５〜１７％である。
【００３４】
またＮａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏの合量が６％より少ないと、ガラスの溶融性が低下し、２０％より多いと、線熱膨張係数が大きくなりすぎる。Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏの合量は、好ましくは７〜１８％、より好ましくは９〜１８％である。
【００３５】
ＺｒＯ_２は、ガラスの歪点を高める成分であるが、７％より多くなると、失透傾向が増大すると共にガラスが割れやすくなる。ＺｒＯ_２の含有量は好ましくは０〜６％、より好ましくは０〜５％である。
【００３６】
また本発明のガラス基板は、上記成分の合計が９０％以上の組成を有し、特性を損なわない範囲で、その他の成分を１０％まで含有させることができる。例えば紫外線によるガラスの着色を防止する目的でＴｉＯ_２を５％まで含有できる。またガラスの液相温度を下げ、成形性を向上させる目的でＹ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｎｂ_２Ｏ_３を各々３％まで、割れやすさを改善する目的でＢ_２Ｏ_３、Ｐ_２Ｏ_５を各々４％まで含有できる。さらにＡｓ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_３、ＳＯ_３、Ｃｌ、ＳｎＯ_２等の清澄剤を合量で２％まで含有したり、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２等の着色剤を各々１％まで含有できる。
【００３７】
また本発明のガラス基板は、厚みが２．５ｍｍ以下であると、４００〜７００ｎｍにおける分光透過率を８６％以上とすることができ、さらには８７％以上とすることも可能である。このような分光透過率を有するガラス基板をプラズマディスプレイ装置の前面基板として用いると、画像表示の輝度を大幅に向上させることが可能となる。
【００３８】
さらに本発明のガラス基板は、ガラス中に不純物として混入する鉄酸化物の量が多くなるほど着色し、分光透過率が低下するため、Ｆｅ_２Ｏ_３換算で０．５質量％以下（好ましくは０．２質量％以下）に規制することが望ましい。
【００３９】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。
【００４０】
表１、２は、本発明の実施例（試料Ｎｏ．１〜７）及び比較例（試料Ｎｏ．８〜１０）を示すものである。
【００４１】
【表１】

【００４２】
【表２】

【００４３】
表１、２の各ガラス試料は、各ガラス組成となるように調合した原料を調合し、溶融した後、フロート法で２．８ｍｍ厚に成形した板状ガラスを２００ｍｍ角の大きさに切断加工したものであり、これらの各ガラス試料について、線熱膨張係数、歪点、密度、比ヤング率を測定し、表に示した。
【００４４】
また各ガラス試料を３０×５０ｍｍの大きさに切断加工し、Ｎｏ．１〜７のガラス試料については、溶融錫面に接触していない側の表面（トップ面）を鏡面研磨した。この研磨は、酸化セリウム研磨材を使用し、表面変質層（酸素の少ない層）を除去する目的で表に示した研磨量（厚み）となるように行った。一方、Ｎｏ．８〜１０のガラス試料については、両面とも研磨を行わなかった。
【００４５】
その後、各ガラス試料の波長３００〜７００ｎｍにおける透過率を分光光度計（島津製作所製分光光度計ＵＶ−２５００ＰＣ）を用いて測定した。次に、各ガラス試料を電気炉に入れ、空気中で室温から１０℃／分の速度で６５０℃まで昇温し、その温度で５時間保持した後、２℃／分の速度で室温まで降温し、波長３００〜７００ｎｍにおける透過率を測定した。表には、代表値として熱処理前後の４００ｎｍにおける透過率を示した。
【００４６】
表から明らかなように、実施例である試料Ｎｏ．１〜７は、線熱膨張係数が７３〜８３×１０^−７／℃、歪点が５８０℃以上、密度が２．８２ｇ／ｃｍ^３以下、比ヤング率が２７．０ＧＰａ／（ｇ・ｃｍ^−３）以上であった。また熱処理後も外観の変化は殆どなく、波長４００ｎｍにおける透過率が８８％以上であった。一方、比較例である試料Ｎｏ．８〜１０は、熱処理後の波長４００ｎｍにおける透過率が８５．５％以下と低く、若干の着色が見受けられた。
【００４７】
尚、表中の線熱膨張係数は、ディラトメーターで３０〜３８０℃における平均線熱膨張係数を測定したものであり、歪点は、ＡＳＴＭ　Ｃ３３６−７１に準じて測定した。また密度は、周知のアルキメデス法で測定し、比ヤング率は、鐘紡株式会社製破壊弾性率測定装置（ＫＩ−１１）を使用し、曲げ共振法によって測定したヤング率と密度から算出した。因みに表面変質層（酸素の少ない層）の厚みは、カソードルミネッセンスによって測定することが可能である。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように本発明のフラットパネルディスプレイ装置は、空気中で６５０℃、５時間の条件で加熱した時、肉厚２．８ｍｍでの波長４００ｎｍにおける透過率が８６％以上の特性を有するため、これをプラズマディスプレイ装置の前面ガラス基板として使用すると、加熱処理によって着色することがなく、青色光の透過率が低下することがないため、発光バランスが良くなり、輝度の向上を図ることができる。
【００４９】
また本発明のガラス基板は、歪点が５７０℃以上であるため、プラズマディスプレイ装置のガラス基板として好適であるが、その他のフラットパネルディスプレイ、例えば自己発光型表示装置である有機ＥＬや無機ＥＬ（エレクトロ・ルミネッセンス）、ＦＥＤ（フィールド・エミッション・ディスプレイ）等に用いられるガラス基板としても適している。

Claims

フロート法で成形され、歪点が５７０℃以上のフラットパネルディスプレイ装置用ガラス基板であって、空気中で６５０℃、５時間の条件で加熱した時、肉厚２．８ｍｍでの波長４００ｎｍにおける透過率が８６％以上であることを特徴とするフラットパネルディスプレイ装置用ガラス基板。
質量％で、ＳｉＯ_２　５５〜７４％、Ａｌ_２Ｏ_３　０〜１４％、ＭｇＯ　０〜１５％、ＣａＯ　０〜１０％、ＳｒＯ　０〜１８％、ＢａＯ　０〜１０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ　７〜２８％、Ｎａ_２Ｏ　０〜８％、Ｋ_２Ｏ　２〜１８％、Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ　６〜２０％、ＺｒＯ_２　０〜７％であり、これらの成分の合計が９０％以上の組成を有することを特徴とする請求項１記載のフラットパネルディスプレイ装置用ガラス基板。
溶融錫と接触していない上表面（トップ面）の表面変質層（酸素が少ない層）が除去されてなることを特徴とする請求項１又は２記載のフラットパネルディスプレイ装置用ガラス基板。